211service.com
Denna supersnabba 3D-skrivare drivs av hologram
En ljusgrön laser blinkar på och lyser in i en petriskål full av goo. Från ingenstans framträder formen av ett gem – först spöklikt, sedan fast. Fem sekunder senare är klippet uppfiskat, städat och klart för användning.
Grundprincipen här är en etablerad 3-D-utskriftsteknik som använder laser för att härda en ljusaktiverad monomer till fast plast. Men till skillnad från andra tillvägagångssätt, som skannar en laser fram och tillbaka för att skapa former ett lager i taget, gör detta system allt på en gång med hjälp av ett 3D-ljusfält - med andra ord ett hologram. Det kan göra 3D-utskrift mycket snabbare.
I hjärtat av enheten som tryckte gemet är ett holografiskt chip utvecklat av Daqri , en startup som designar och bygger augmented-reality-enheter från laboratorier i San Francisco och i Milton Keynes, Storbritannien. Företaget tillverkar smarta glasögon som liknar Microsofts HoloLens och head-up-displayer för bilar; de senare har monterats på över 150 000 fordon tillverkade av Jaguar Land Rover.
Fördelen med Daqris chip, säger företaget, är att det kan skapa hologram utan behov av komplex optik. På en kiselskiva används ett litet rutnät av avstämbara kristaller för att kontrollera storleken och tidsfördröjningen, eller fasen, av reflekterat ljus som lyser på chipets yta från en laser. Programvaran justerar kristallerna för att skapa interferensmönster i ljuset, vilket resulterar i ett tredimensionellt ljusfält.
I experiment har teamet använt chipet för att skapa fasta föremål genom att projicera hologram i behållare med olika ljusaktiverade monomerer. Den kan för närvarande göra små föremål, som ett gem, på cirka fem sekunder – en process som kan ta en normal 3D-skrivare flera minuter.
Seamus Blackley, Daqris främsta vetenskapsman, säger att eftersom hela formen skapas på en gång, lider den resulterande produkten inte av svagheter som introduceras av kornen som bildas när ett föremål 3D-utskrivs genom att skanna en laser fram och tillbaka . Stödstrukturer som krävs när man bygger objekt lager för lager är också onödiga, säger han, och större objekt bör ta ungefär lika lång tid att skriva ut som mindre.
Det finns vissa begränsningar. Den nuvarande hårdvaran skapar bara grunda former, till exempel, som gem i videon. Men djupet bör öka med storleken på det holografiska chipet som används, och företaget planerar att skala upp enheten därefter.
Dávid Lakatos, produktchef på 3-D-printerföretaget Formlabs , säger att värme också kan vara ett problem. Polymerisation är en exoterm process, säger han och syftar på processen genom vilken den ljusaktiverade vätskan härdar till ett fast ämne. Att skriva ut något snabbare innebär att det blir mycket energi från reaktionen som frigörs. Det kan göra att delar av ett större föremål smälter.
Ändå har Daqris chip andra intressanta applikationer också. Medan företaget redan bygger enheter med förstärkt verklighet, planerar det att använda sitt holografiska chip för att skapa skärmar med flera informationsplan. För närvarande har den en prototyp av head-up-skärm som kan återge en bild på en vindruta och en många meter framåt, med en upplösning som motsvarar en 720p HD-skärm, i realtid.
Men att skapa skärmar som skapar verkligt 3D, snarare än plan, innehåll är beräkningsintensivt. Om du vill skapa en bild på 1 000 gånger 1 000 pixlar, är det en miljon poäng, förklarar Daping Chu från Centrum för avancerad fotonik och elektronik vid University of Cambridge. Om du vill ha en 3D-bild med samma upplösning är [det vill säga] en miljard poäng. I princip är det samma problem. Men i verkligheten ... har du inte tillräckligt med hårdvarukapacitet.
För nu tuffar Daqri redan upp mot gränserna för tillgänglig processorkraft med sina tvåplansenheter. Men i takt med att beräkningskraften ökar är företaget optimistiskt att det snart kommer att vara möjligt att visa 3D-bilder i realtid.